以下的文章是關(guān)于液氧儲罐的工程系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)思，再結(jié)合近些年液氧儲罐系統(tǒng)的設(shè)計實踐，介紹有關(guān)液氧儲罐系統(tǒng)的工藝流程、管道系統(tǒng)設(shè)計、總平面圖和設(shè)備布置、管道安裝及檢驗中的一些設(shè)計要點。
一、引言
在工業(yè)廠區(qū)設(shè)計中，一般根據(jù)工業(yè)氣體的化學(xué)性質(zhì)和火災(zāi)危險性，在廠區(qū)布置為瓶組供應(yīng)站或獨立儲罐供應(yīng)站，獨立儲罐供應(yīng)站又以助燃氣體（氧氣）及不燃氣體（氮氣、二氧化碳和氬氣）的液態(tài)低溫儲罐站較為常見。本文主要結(jié)合近些年液氧儲罐系統(tǒng)的設(shè)計實踐，介紹液氧儲罐系統(tǒng)設(shè)計中的一些要點。
二、液氧儲罐系統(tǒng)的工藝流程
在標(biāo)準大氣壓下，液氧的沸點為-183℃，呈淡藍色，透明易于流動，屬低溫液化氣體。液氧在常溫下急劇氣化成氣態(tài)，1m3（標(biāo)準）液氧折合為標(biāo)準狀態(tài)下800m3的氧氣。
氧氣可采用低壓貯存，也可采用中高壓或液體貯存。在工業(yè)應(yīng)用上，一般以液體貯存方式較為常見。液氧儲罐系統(tǒng)因其貯存氣體量大，配置較為簡單，使用較為方便，故廣泛應(yīng)用在工業(yè)廠區(qū)的建設(shè)中。液氧罐是專門用于儲存低溫液態(tài)氧的壓力容器，一般為雙殼程結(jié)構(gòu)，夾層內(nèi)采用真空粉末或珠光砂真空絕熱兩種，常見的液氧罐內(nèi)筒最高工作壓力一般為0.8MPa和1.6MPa。液氧儲罐系統(tǒng)在其應(yīng)用上，主要作為工廠和充裝站的氧氣供應(yīng)站使用。液氧儲罐系統(tǒng)按其使用功能分為供應(yīng)系統(tǒng)和充裝系統(tǒng)。
�。ㄒ唬┮貉鮾薰⿷�(yīng)系統(tǒng)流程（圖1）
液氧儲罐供應(yīng)系統(tǒng)流程是工業(yè)廠區(qū)內(nèi)氧氣供應(yīng)的常見流程。主要流程為：液氧經(jīng)由槽車輸入至液氧罐貯存，液氧（工作壓力0.8MPa或1.6MPa）經(jīng)氣化器后由液相變?yōu)闅庀啵üぷ鲏毫?.8MPa或1.6MPa），送至調(diào)壓穩(wěn)壓系統(tǒng)調(diào)整為用氣端所需的壓力，通過管道輸送，直接供用氣端使用。
（圖1）
（二）液氧儲罐充裝系統(tǒng)流程（圖2）
液氧儲罐充裝系統(tǒng)流程是氧氣充裝站的常用流程，主要用于氣體充裝企業(yè)供應(yīng)氧氣供充裝氧氣鋼瓶使用。主要流程為：液氧經(jīng)由槽車輸入至液氧罐貯存，液氧（工作壓力0.8MPa或1.6MPa）經(jīng)低溫液體泵（出口壓力15MPa）輸送至低溫高壓氣化器后由液相變?yōu)闅庀�，氧氣送至匯流排充入空的氧氣瓶中。氣瓶在充裝壓縮氣體時，充裝壓力不應(yīng)超過氣瓶的最高許可工作壓力。
（圖2）
上述兩個液氧儲罐系統(tǒng)流程中，液氧管道由于溫度極低，極易氣化，所以液氧管道一般要盡可能的短，且必須采用相應(yīng)的絕熱保冷和管道應(yīng)力補償措施。例如：采用真空絕熱低溫液體管道和安裝膨脹節(jié)等。
三、管道系統(tǒng)設(shè)計
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氧氣管道的材質(zhì)選用參照《氧氣站設(shè)計規(guī)范》（GB50030-2013）中第11.0.9條款中的表進行。液氧管道的材質(zhì)通常選用不銹鋼無縫鋼管（GB/T14976-2012）；氧氣管道的材質(zhì)除氧氣充裝臺、匯流排和閥后5倍公稱直徑處選用銅及銅合金拉制管（GB/T1527-2006），其余位置的管道均可選用不銹鋼無縫鋼管。
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管道計算主要是根據(jù)管道材質(zhì)、工作壓力等條件，按照最高允許流速計算管徑。以某氧氣充裝系統(tǒng)氧氣管道的氧氣輸送壓力為14.7MPa，氣化器工作能力為300Nm3/h，工作溫度為常溫為例計算，查（GB16912-2008）中第8.2條款中的表9得，無縫不銹鋼管中最高允許流速為4.5m/s，計算管道內(nèi)徑和壁厚分別為：
d===12.67mm
選用內(nèi)徑25的無縫不銹鋼管。
式中：d為管道內(nèi)徑，mm；Q為氣化器能力，Nm3/h；u為管內(nèi)流速，m/s；P為管內(nèi)壓力，MPa。
δ===1.67mm
選用φ32×2.5。
式中：δ為管道壁厚，mm；P為管內(nèi)壓力，MPa；D為管道外徑，mm； [σ]為設(shè)計溫度下管材許用應(yīng)力，MPa；φ為焊接接頭系數(shù)，無縫鋼管取1；Y為系數(shù)，奧氏體鋼取0.4；c為管壁厚附加量（不銹鋼為0），mm。
�。ㄈ╅y門選用
氧氣管道的閥門選用可按照管道工作壓力條件選用氧氣專用閥門。氧氣管道工作壓力>0.1MPa時嚴禁選用閘閥；公稱壓力≥1.0MPa且公稱直徑≥150mm口徑的閥門選用帶旁通的手動氧氣閥門，但需經(jīng)常操作的閥門選用氣動遙控閥門。
氧氣壓力表可選用氧氣專用壓力表。在兩個切斷閥門之間的管路部位需設(shè)有全啟式安全閥，以防止積存的低溫液體因氣化而產(chǎn)生過高壓力。
（四）管件選用
氧氣管道的彎頭可選用彎曲半徑不小于5倍公稱直徑的冷彎或熱彎碳鋼彎頭，亦可選用長半徑壓制對焊彎頭，但不能選用褶皺彎頭。氧氣管道的變徑管和三通通常采用壓制對焊管件。除與設(shè)備、閥門連接處可采用法蘭或螺紋連接外，氧氣管道的連接均采用焊接。氧氣管道采用螺紋連接時，螺紋連接處還應(yīng)采用聚四氟乙烯薄膜作為填料。氧氣管道上的法蘭及其緊固件按國家、行業(yè)有關(guān)的現(xiàn)行標(biāo)準選用。
氧氣管道上的閥門出口不應(yīng)與彎頭、三通直接連接。氧氣管道上調(diào)節(jié)閥組、支管閥門、干管閥門、車間入口閥門，其出口側(cè)應(yīng)留有一段長度不小于5倍管道外徑且不小于1.5m的直管段。
在氧氣余氣排放時，可以擴大放散管的管徑或安裝消音器來降低氧氣管道因劇烈振動而產(chǎn)生的噪音。
四、總平面圖和設(shè)備布置
�。ㄒ唬┗馂�(zāi)危險性類別和耐火等級
按照《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50016 -2006）等相關(guān)規(guī)范規(guī)定，氧氣屬于乙類助燃氣體，液氧系統(tǒng)（包括液體儲罐、液體泵、氣化器和閥門室等）火災(zāi)危險性類別為乙類，最低耐火等級為二級；氧氣充瓶間（灌瓶站房）、匯流排間的火災(zāi)危險性類別也為乙類，最低耐火等級為二級。
灌氧站房、液氧氣化站房，一般為單層建筑物。在每個消防防火分區(qū)中，氧氣實瓶的儲量不超過1700只；液氧氣化站和灌氧站房布置在同一建筑物內(nèi)，可通過走廊相連通，并采用耐火極限不低于2.0h的不燃燒體隔墻和乙級防火門進行分隔；氧氣實瓶的儲量超過3400只時，液氧站房和灌氧站房則需要分開布置在兩座獨立的建筑物內(nèi)；輸氧量超過60m3/h的氧氣匯流排間需布置成獨立建筑物；液氧低溫儲罐總儲量小于10m3時，則可布置在通風(fēng)良好的室內(nèi)單獨房間。液氧系統(tǒng)及氧氣設(shè)施的防火間距詳見《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程》（GB16912-2008）中第4.4條款中的表3的規(guī)定。 �。ǘ┕艿啦贾眉鞍踩g距
氧氣管道應(yīng)盡量采用架空敷設(shè)；當(dāng)管道架空困難時，在滿足相關(guān)的敷設(shè)要求下，才考慮不通行地溝和埋地敷設(shè)。氧氣管道穿過生活間、辦公室等不使用氧氣的房間時，該房間內(nèi)應(yīng)有防止氧氣泄漏的措施。當(dāng)氧氣管道穿墻時，應(yīng)加裝直徑大于氧氣管直徑10～20mm的套管，并用石棉或其它不燃燒的纖維質(zhì)材料填塞套管空隙。氧氣管道通過高溫及火焰區(qū)域時，應(yīng)在該管段增設(shè)隔熱設(shè)施，保證管壁溫度不超過70℃。
與乙炔、氫氣等可燃氣體管道共架敷設(shè)時，氧氣管道布置在可燃氣體管道的下方或支架兩側(cè)；與輸送有泄漏油污及腐蝕性介質(zhì)的管道共架時，布置在該類管道的上方或支架兩側(cè)。詳細的架空管道與建構(gòu)筑物之間的最小凈距，按《氧氣站設(shè)計規(guī)范》（GB50030-2013）中附錄B、C的表格進行布置。
五、管道安裝及檢驗
（一）管道焊接要求
不銹鋼氧氣管道焊接DN100以下采用氬弧焊全焊，余下可采用氬弧焊打底，再用電焊蓋面。銅管焊接一般采用鎢極氬弧焊。
�。ǘ┕艿篮缚p檢驗
管道焊縫檢查采用射線檢測，檢測的數(shù)量和質(zhì)量標(biāo)準按照《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程》（GB16912-2008）中第8.6.2條款進行分類檢測。
（三）管道強度試驗和氣密性試驗
氧氣管道的壓力試驗介質(zhì)一般選用無油干燥的空氣、氮氣和無油潔凈水，奧氏體不銹鋼管道水壓試驗時，水中的氯離子含量不超過25g/m3。當(dāng)管道設(shè)計壓力大于4.0MPa時，采用水壓試驗，水壓試驗壓力按1.5倍設(shè)計壓力選��；管道設(shè)計壓力小于4.0MPa時，采用氣體壓力試驗，氣壓試驗壓力按1.15倍設(shè)計壓力選取，且不低于0.1MPa。
氧氣管道壓力試驗合格后，還需進行氣密性試驗。試驗采用無油、干燥、潔凈的空氣或氮氣作為試驗介質(zhì)，試驗壓力為設(shè)計壓力。
氧氣管道投入使用前，采用無油干燥空氣或氮氣以不小于20m/s，且不低于氧氣管道的設(shè)計流速的速度吹掃，將管道內(nèi)殘留的水分、鐵屑、雜物等吹掃干凈。
結(jié)語
隨著液氧儲罐系統(tǒng)在工業(yè)廠區(qū)中的廣泛使用，在液氧儲罐系統(tǒng)設(shè)計時要嚴格執(zhí)行有關(guān)的標(biāo)準規(guī)范及安全規(guī)程。為保證液氧儲罐系統(tǒng)的安全性，在液氧儲罐系統(tǒng)的工藝流程、管道系統(tǒng)設(shè)計、總平面圖和設(shè)備布置、管道安裝及檢驗等方面應(yīng)做到規(guī)范、合理和科學(xué)。
